JP6993515B2 - 高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための分配装置および方法 - Google Patents

Description

本アプローチは、独立請求項の属概念に基づく装置または方法を出発点とする。コンピュータプログラムも本アプローチの対象である。

車両用の、セーフティクリティカルな適用のための現下の中央制御機器（英語「Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ」とも言う）では、１つのマイクロコントローラおよび１つのマイクロプロセッサの組合せが用いられる。ここではまだ、各ユニットが専用タスクおよび専用インターフェイスを有するので、データストリームの分配のための特別な安全対策は必要ない。複数のプロセッサの場合でさえ、システム内でのタスクの固定的な分配が存在している。

これを踏まえて、ここで紹介するアプローチにより、主請求項に基づく、高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための分配装置、さらに高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための方法、および最後に相応のコンピュータプログラムが紹介される。従属請求項に挙げた措置により、独立請求項に提示した分配装置の有利な変形および改善が可能である。

紹介するアプローチによって達成可能な利点は、ここで紹介する分配装置により、非常に大きなデータストリームも高速かつ効率的に混雑なく分配および処理され得ることにある。これは、とりわけ車両の運転支援システムにおけるセーフティクリティカルな適用のための制御機器にとって、車両の運転乗員の安全性を保障するまたは向上させるために重要である。

高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための分配装置は、センサデータストリームを処理するために形成された少なくとも１つの第１の計算機ユニットおよび少なくとも１つのさらなる計算機ユニットを有する。これに加えて分配装置は、少なくとも１つの第１のセンサの第１のセンサデータストリームおよび少なくとも１つのさらなるセンサの少なくとも１つのさらなるセンサデータストリームを読み込み、かつ選択的に少なくとも１つの第１の計算機ユニットまたは少なくとも１つのさらなる計算機ユニットへと分配するために形成された分配機構を有する。

第１の計算機ユニットおよび／またはさらなる計算機ユニットは、それぞれプロセッサであり得る。分配機構は、いわゆるスイッチ、例えばレイテンシの低いＰＣＩｅスイッチ（ＰＣＩ＝Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）として構成することができ、このスイッチは、第１のセンサデータストリームを選択的に第１の計算機ユニットまたはさらなる計算機ユニットへと、およびさらなるセンサデータストリームを選択的に第１の計算機ユニットまたはさらなる計算機ユニットへと分配するために形成されている。分配機構および計算機ユニットは、例えばＰＣＩバスを介して相互に接続され得る。選択的な分配とは、センサデータストリームが、分配装置のその時々の状態に応じて、第１の計算機ユニットかまたはさらなる計算機ユニットに割り振られ得ることと理解され得る。例えば、センサデータストリームが、個々の計算機ユニットのその時々の混雑度に応じて、その時々に計算機の空き容量を有する計算機ユニットに割り振られ得る。このような分配機構のおかげで、センサデータストリームを複数の計算機ユニットへと分配でき、これにより混雑が発生しないことが有利である。

この分配装置は、少なくとも第１のセンサのセンサ生データストリームを第１のセンサデータストリームへとチャネリングするために形成された第１のチャネリング機構をさらに有することができ、かつ少なくともさらなるセンサのさらなるセンサ生データストリームをさらなるセンサデータストリームへとチャネリングするために形成されたさらなるチャネリング機構を有することができる。チャネリング機構は、それぞれＰＣＩにより分配機構と結合でき、例えば、多数のデータストリームをチャネリングできるように、プログラム可能なＦＰＧＡとして構成され得る。チャネリング機構により、分配機構のインターフェイスが少なく保たれ得る。

この分配装置が、第１の計算機ユニットおよび／またはさらなる計算機ユニットを少なくとも１つの車両機構および／または少なくとも１つの後続処理装置と接続するために形成された少なくとも１つの接続機構をさらに有する場合、これは、処理されたデータストリームにより、車両内で何かしらを引き起こすかもしくは制御することを可能にし、かつ／または例えば処理されたデータストリームのカスケード式の後続処理が、後続処理装置内で行われ得る。したがって処理されたデータストリームは、例えば車両のアクチュエータのための制御信号を含み得る。非常に多くの処理されたデータストリームを高速に伝送するために、接続機構は少なくとも１つのイーサネットインターフェイスおよび／またはイーサネットケーブルを含み得る。

ここで紹介するアプローチの有利な一実施形態によれば、分配装置が車両機構および／または後続処理装置も有し得る。車両機構はアクチュエータであり得る。後続処理装置は、第１の計算機ユニットまたは少なくとも１つのさらなる計算機ユニットによって処理されたデータストリームを読み込み、もう一度処理し、かつ車両機構またはさらなる車両機構のために提供するために形成され得る追加的な計算機ユニットであり得る。車両機構および／またはさらなる車両機構は、例えば対人保護システムのための作動機構を含み得る。この作動機構は、ここで紹介する分配装置により、対人保護手段、例えばエアバッグの特に高速な作動を引き起こし得る。

分配装置が第１のセンサおよびさらなるセンサを有することもできる。第１のセンサは、例えば周辺環境捕捉機構であることができ、かつさらなるセンサは加速度センサであり得る。

高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための方法は、少なくとも以下のステップ、すなわち
少なくとも１つの第１のセンサの少なくとも１つの第１のセンサデータストリームおよび少なくとも１つのさらなるセンサの少なくとも１つのさらなるセンサデータストリームを読み込み、かつ選択的に少なくとも１つの第１の計算機ユニットまたはさらなる計算機ユニットへと分配するステップと、
センサデータストリームを処理するステップとを含む。

この方法は、例えばソフトウェアもしくはハードウェア内でまたはソフトウェアおよびハードウェアから成る混合形態内で、例えば制御機器、例えば上で紹介した分配装置内で実装され得る。このような方法によっても、本アプローチの基礎になっている課題が高速かつ効率的に解決され得る。

機械可読の媒体または記憶媒体、例えば半導体メモリ、ハードディスクメモリ、または光学メモリ上で記憶でき、かつ前述の実施形態の１つに基づく方法のステップの実施、実行、および／または制御に使用されるプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品またはコンピュータプログラムも、とりわけこのプログラム製品またはプログラムがコンピュータまたは装置上で実行される場合には有利である。

ここで紹介するアプローチの例示的実施形態を図面に示しており、かつ以下の説明においてより詳しく解説する。

１つの例示的実施形態に基づく高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための分配装置のブロック図である。 １つの例示的実施形態に基づく後続処理装置を備えた分配装置のブロック図である。 １つの例示的実施形態に基づく高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための方法のフロー図である。

本アプローチの好適な例示的実施形態の以下の説明において、様々な図に示されており、かつ類似に作用する要素には、同じまたは類似の符号が使用され、その際、これらの要素を繰り返し説明はしない。

１つの例示的実施形態が、第１の特徴と第２の特徴の間の「および／または」結合を含む場合、これは、この例示的実施形態が、一実施形態によれば第１の特徴も第２の特徴も有し、かつさらなる一実施形態によれば第１の特徴だけかまたは第２の特徴だけを有すると読み取るべきである。

図１は、１つの例示的実施形態に基づく高度自動運転が可能な車両１１５用の制御機器１１０のためのデータストリーム１０５、１０７の分配のための分配装置１００のブロック図を示している。

分配装置１００は、ここで示されている高度自動運転が可能な車両１１５の制御機器１１０内でデータストリーム１０５、１０７を分配するために形成されている。分配装置１００は、この例示的実施形態によれば制御機器１１０内に収容されており、制御機器１１０のほうは車両１１５内に収容されている。データストリーム１０５、１０７を分配するため、分配装置１００は、センサデータストリーム１０５、１０７を処理するために形成された少なくとも１つの第１の計算機ユニット１２０、１２２および少なくとも１つのさらなる計算機ユニット１２５、１２７を有する。これに加えて分配装置１００は、少なくとも１つの第１のセンサ１３５、１３７の第１のセンサデータストリーム１０５および少なくとも１つのさらなるセンサ１４０、１４２の少なくとも１つのさらなるセンサデータストリーム１０７を読み込み、かつ選択的に少なくとも１つの第１の計算機ユニット１２０、１２２または少なくとも１つのさらなる計算機ユニット１２５、１２７へと分配するために形成された分配機構１３０を有する。この例示的実施形態によれば、第１のセンサデータストリーム１０５は第１の計算機ユニット１２０へ、およびさらなるセンサデータストリーム１０７はさらなる計算機ユニット１２５へと分配された。センサ１３５、１３７、１４０、１４２のすべてまたは幾つかは、例示的実施形態に応じて制御機器１１０の中または外に配置され得る。

分配装置１００の以下に説明する特徴は任意選択である。
分配装置１００はこの例示的実施形態によれば、多数の、ここでは例示的に４つの計算機ユニット１２０、１２２、１２５、１２７を有する。そのうえ分配装置１００はこの例示的実施形態によれば、分配機構１３０とセンサ１３５、１３７、１４０、１４２との間に接続された多数のチャネリング機構１４５、１５５を有する。例示的に、第１のチャネリング機構１４５は、第１のセンサ１３５、１３７のセンサ生データストリーム１５０を第１のセンサデータストリーム１０５へとチャネリングするために形成されている。さらなるチャネリング機構１５５は相応に、さらなるセンサ１４０、１４２のさらなるセンサ生データストリーム１６０をさらなるセンサデータストリーム１０７へとチャネリングするために形成されている。したがってチャネリング機構１４５、１５５の各々は、多数のセンサの多数のセンサ生データストリームを１つのセンサデータストリームへとチャネリングするために形成されている。

そのうえ分配装置１００はこの例示的実施形態によれば、第１の計算機ユニット１２０および／またはさらなる計算機ユニット１２５を少なくとも１つの車両機構１７０および／または少なくとも１つの後続処理装置１７５と接続するために形成された少なくとも１つの接続機構１６５、例えばインターフェイスを有する。

この例示的実施形態によれば、後続処理装置１７５は分配装置１００の一部である。後続処理装置１７５は図２でより正確に説明する。車両機構１７０は、例えば車両１１５のアクチュエータであり、例示的に、対人保護システムのための少なくとも１つの作動機構を含む。

第１のセンサ１３５は例示的に周辺環境捕捉機構として、およびさらなるセンサ１４０は例示的に加速度センサとして構成されている。
センサ１３５、１３７と第１のチャネリング機構１４５との間には、この例示的実施形態によれば、１つずつのメディアコンバータ１８５が接続されている。さらなるセンサ１４０、１４２とさらなるチャネリング機構１５５との間にも、それぞれ１つのメディアコンバータ１８５が配置されている。メディアコンバータ１８５とチャネリング機構１４５、１５５との間では、センサ生データストリーム１５０、１６０が信号１９０の形態で、この例示的実施形態によれば１０Ｇイーサネットによって、または代替的な１つの例示的実施形態によればＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）によって伝送される。分配機構１３０は、１つの例示的実施形態によれば、さらに測定技術機構１９５と結合している。

以下に、分配装置１００の詳細をもう一度より正確に説明する。
ここで紹介する分配装置１００は、制御機器１１０内、例えば自動運転のための中央制御機器内の効果的なネットワーク構造を表している。

全自動運転または高度自動運転のための中央制御機器では、データスループットおよび計算能力への要求が、既知の中央制御機器の場合には様々なタスクに特化した計算機のクラスタを活用しなければならないほど大きい。そこで、フローおよび分配をできるだけ効率的に構築するため、ここで紹介する分配装置１００により、データフローができるだけそのほかのプロセスに関係なく、交差なく、かつ異なる媒体に分配されて進行するネットワーク構造が発見されることが有利である。その際、システム内の１つのボトルネックだけでも構造および総合的性能を破壊し得るので、優れた構造のための目標は、ボトルネック、つまり混雑を防止することである。ここで紹介する分配装置１００により、このような混雑が回避されることが有利である。したがって自動車分野において、必要なデータ量を処理できるようになることが有利である。

生データを分配するために、および複数の結合された計算機ユニット１２０、１２５でのデータの並列処理も可能にするために、分配装置１００により、中央制御機器内の効率的なデータ通信構造の確立が可能にされる。これに関して主要な特徴は、異なる程度で処理されるデータストリーム１０５、１０７の、異なるデータ経路／伝送媒体への分配である。

つまり具体的には、ここでは左側および右側に見えるセンサ生データストリーム１５０およびさらなるセンサ生データストリーム１６０の形態でのセンサ生データが、分配装置１００のシステム内に、それぞれチャネリング機構１４５、１５５の形態でのプログラム可能な部品、この場合にはそれぞれＦＰＧＡを介してチャネリングされ、かつ分配機構１３０の形態での中央のレイテンシの低いＰＣＩｅスイッチを介し、データを処理するために準備された計算機ユニット１２０、１２２、１２５、１２７へと任意に分配される。計算機ユニット１２０、１２２、１２５、１２７内での処理の後、この前処理されたデータは接続機構１６５を介し、ここではイーサネットにより、次のユニット、ここでは後続処理装置１７５へとさらに分配される。このシステムは、１つのボックスで使用することも、示された後続処理装置１７５をカスケード式に備えて使用することもでき、この例示的実施形態によれば、このために計算機ユニット１２０、１２５の形態での前処理ボックスのデータ出口が、後続処理が行われる後続処理装置１７５の形態でのさらなるボックスのセンサ入口と接続されている。これは図２でもう一度より正確に示す。分配装置１００の形態でのシステム全体を介し、こうして線形データフローが保証されている。

この例示的実施形態によれば、データストリーム１０５、１０７は、ＰＣＩｅ１８０により計算機ユニット１２０、１２２、１２５、１２７へと分配される。代替的な１つの例示的実施形態によれば、そのほかの物理的インターフェイスと取り替えられており、これにより、データストリーム１０５、１０７はイーサネットおよび／またはＡｕｒｏｒａおよび／またはＬＶＤＳによって複数の計算機へと分配される。代替的な１つの例示的実施形態によれば、生データストリーム１５０、１６０またはデータストリーム１０５、１０７を少なくとも部分的に、ここではＭＩＰＩ－ＣＳＩ接続１９７として構成されたポイントツーポイント接続により、専用の計算機構１２０、１２２、１２５、１２７へと送ることができ、データの複数の計算機への分配はまったくまたは非常に困難にしか可能でない。代替的な１つの例示的実施形態によれば、指向性のおよび別々のデータ経路が放棄され、データはすべて一元化された分配インスタンスを介して走らせる。

分配装置１００内のデータフローは、無指向性データフロー構造に比べて改善されており、それにより実行時間が減っていることが有利である。したがって、ここで紹介する分配装置１００は、自動車分野での、とりわけ運転支援システムのための、上昇したデータスループット要求を満たす。

図２は、１つの例示的実施形態に基づく後続処理装置１７５を備えた分配装置１００のブロック図を示している。これは、図１に基づいて説明した分配装置１００であり得る。計算機ユニット１２０、１２５は、イーサネット２００によって後続処理装置１７５と接続されている。代替的な１つの例示的実施形態によれば、計算機ユニット１２０、１２５および後続処理装置１７５の適用が、１つの同じボックス２０５に割り当てられている。

図３は、１つの例示的実施形態に基づく高度自動運転が可能な車両用の制御機器のためのデータストリームの分配のための方法３００のフロー図を示している。これは、前出の図の１つに基づいて説明した分配装置の１つによって実行可能な方法３００であり得る。

方法３００は、少なくとも、読み込みおよび選択的な分配のステップ３０５と、処理のステップ３１０とを有する。
読み込みおよび選択的な分配のステップ３０５では、少なくとも１つの第１のセンサの少なくとも１つの第１のセンサデータストリームおよび少なくとも１つのさらなるセンサの少なくとも１つのさらなるセンサデータストリームが読み込まれ、かつ選択的に少なくとも１つの第１の計算機ユニットまたはさらなる計算機ユニットへと分配される。処理のステップ３１０では、センサデータストリームが処理される。

ここで紹介しているプロセスステップは、反復でき、かつ説明したのとは違う順序で実行され得る。

Claims (10)

1. 高度自動運転が可能な車両（１１５）用の制御機器（１１０）のためのデータストリーム（１０５、１０７）の分配のための分配装置（１００）であって、前記分配装置（１００）が、少なくとも以下の特徴、すなわち
   センサデータストリーム（１０５、１０７）を処理するために形成された少なくとも１つの第１の計算機ユニット（１２０、１２２）および少なくとも１つのさらなる計算機ユニット（１２５、１２７）と、
   少なくとも１つの第１のセンサ（１３５、１３７）の第１のセンサデータストリーム（１０５）および少なくとも１つのさらなるセンサ（１４０、１４２）の少なくとも１つのさらなるセンサデータストリーム（１０７）を読み込み、かつ選択的に少なくとも１つの第１の計算機ユニット（１２０、１２２）または少なくとも１つのさらなる計算機ユニット（１２５、１２７）へと、当該少なくとも１つの第１の計算機ユニット（１２０、１２２）および当該少なくとも１つのさらなる計算機ユニット（１２５、１２７）のそれぞれの混雑度に応じて分配するために形成された分配機構（１３０）と
   を有する分配装置（１００）。
2. 前記少なくとも１つの第１のセンサ（１３５、１３７）のセンサ生データストリーム（１５０）を前記第１のセンサデータストリーム（１０５）へとチャネリングするために形成された第１のチャネリング機構（１４５）と、前記少なくとも１つのさらなるセンサ（１４０、１４２）のさらなるセンサ生データストリーム（１６０）を前記さらなるセンサデータストリーム（１０７）へとチャネリングするために形成されたさらなるチャネリング機構（１５５）とを備えた、請求項１に記載の分配装置（１００）。
3. 前記第１の計算機ユニット（１２０、１２２）および／または前記さらなる計算機ユニット（１２５、１２７）を少なくとも１つの車両機構（１７０）および／または少なくとも１つの後続処理装置（１７５）と接続するために形成された少なくとも１つの接続機構（１６５）を備えた、請求項１または２に記載の分配装置（１００）。
4. 前記車両機構（１７０）および／または前記後続処理装置（１７５）を備えた、請求項３に記載の分配装置（１００）。
5. 前記車両機構（１７０）が対人保護システムのための作動機構を含んでいる、請求項３または４に記載の分配装置（１００）。
6. 前記少なくとも１つの第１のセンサ（１３５、１３７）および前記少なくとも１つのさらなるセンサ（１４０、１４２）を備えた、請求項１から５のいずれか一項に記載の分配装置（１００）。
7. 前記少なくとも１つの第１のセンサ（１３５、１３７）が周辺環境捕捉機構であり、かつ前記少なくとも１つのさらなるセンサ（１４０、１４２）が加速度センサである、請求項６に記載の分配装置（１００）。
8. 高度自動運転が可能な車両（１１５）用の制御機器（１１０）のためのデータストリーム（１０５、１０７）の分配のための方法（３００）であって、前記方法（３００）が、少なくとも以下のステップ、すなわち
   少なくとも１つの第１のセンサ（１３５、１３７）の少なくとも１つの第１のセンサデータストリーム（１０５）および少なくとも１つのさらなるセンサ（１４０、１４２）の少なくとも１つのさらなるセンサデータストリーム（１０７）を読み込み、かつ選択的に少なくとも１つの第１の計算機ユニット（１２０、１２２）またはさらなる計算機ユニット（１２５、１２７）へと、当該少なくとも１つの第１の計算機ユニット（１２０、１２２）および当該さらなる計算機ユニット（１２５、１２７）のそれぞれの混雑度に応じて分配するステップ（３０５）と、
   前記センサデータストリーム（１０５、１０７）を処理するステップ（３１０）と
   を含む方法（３００）。
9. 請求項８に記載の前記方法（３００）を実行するために適応されているコンピュータプログラム。
10. 請求項９に記載の前記コンピュータプログラムが記憶されている機械可読の記憶媒体。

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